كشفت دراسة حديثة عن أن الحرارة الشديدة تؤثر بشدة في عملية التمثيل الضوئي في النباتات، ومنها المحاصيل الزراعية، التي يعتمد عليها الإنسان بصفتها جزءا رئيسيا من غذائه اليومي، ما يشكل خطرا على الأمن الغذائي العالمي.

وتقع النباتات في المستوى الأول للسلسلة الغذائية، وهي بذلك تُمثل أحد الكائنات المنتجة؛ فهي تستطيع -عبر مجموعة من التفاعلات الكيميائية- توظيف ضوء الشمس وغاز ثاني أكسيد الكربون من إنتاج المواد الغذائية والأكسجين فيما يُعرف بعملية التمثيل الضوئي، وبذلك تساهم في دعم حياة كل الكائنات الحية على الأرض. لذلك، يهتم العلماء بدراستها جيدًا وتوفير المعلومات والبيانات اللازمة لفهم طبيعتها. وفي ظل التغيرات المناخية، كان من الضروري النظر في كيفية تأثرها بالارتفاع في درجات الحرارة.

وقد اهتمت مجموعة بحثية من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو في الولايات المتحدة الأمريكية بدراسة الآليات التي تتبعها تلك النباتات استجابة للحرارة. ونشروا دراستهم في دورية "نيو فايتولوجيست" (New Phytologist) في 1 أكتوبر/تشرين الأول للعام 2024.

بوابة مُنظمة

تعمل الثغور الموجودة على سطح الأوراق كبوابة منظمة للحرارة وعملية التمثيل الضوئي؛ إذ تتحكم في قدرة النبات على استهلاك ثاني أكسيد الكربون أو إطلاق بخار الماء. وبذلك؛ تساهم الثغور في استشعار النباتات للتغيرات الحاصلة في البيئة من حولها وتحديد الآليات المناسبة للتعامل مع تلك التغيرات، ما يساعدها في البقاء على قيد الحياة.

استجابة

مع ارتفاع درجات الحرارة، تُبدي النباتات استجابة، تتمثل في فتح الثغور، ما يسمح بتبخر الماء إلى الخارج؛ فيما يُعرف بعملية النتح، وهي آلية تُشبه عملية التعرق لدى الإنسان عند مكوثه في مكان ترتفع فيه درجات الحرارة. وقد أدرك العلماء تلك الآلية في النبات منذ عقود مضت، لكن التحدي الأكبر في فهم الأساس الجزيئي وراء تلك الآلية.

تعقيدات

كانت هناك العديد من التعقيدات حول آليات فتح الثغور، وحاول العلماء لعقود فك شفرات تلك التعقيدات، لكن بدون جدوى، وهذا بسبب بعض التحديات في قياس "فرق الضغط البخاري"، وهو يعني الفرق بين الضغط البخاري بداخل الورقة والضغط البخاري خارجها. إلى أن خرج هذا البحث ليوضح كيفية استجابة النباتات لفتح الثغور على الأوراق عند ارتفاع درجات الحرارة، وأيضًا في حال الحرارة الشديدة.

طوّر مؤلفو الدراسة نهجًا جديدًا؛ لضبط فرق ضغط البخار للأوراق، لمعرفة تأثيرات درجات الحرارة على عملية فتح الثغور. وفحصوا نوعين من النباتات، أحدهما من الأعشاب الضارة، وهو نبات (Arabidopsis thaliana)، ونبات آخر مزهر كمحاصيل الحبوب مثل الأرز والذرة والقمح، وهو نبات (Brachypodium distachyon).

وجد الباحثون أنه في ظل ارتفاع درجات الحرارة، يزداد التمثيل الضوئي، ما يعني أنّ النباتات تستفيد من ثاني أكسيد الكربون. أما في ظل الحرارة الشديدة، تتعرض عملية التمثيل الضوئي للإجهاد، وتقل قدرة النبات على إدارة المياه، وهذا يعني أنّ النباتات المحصولية التي نعتمد عليها -مثل الأرز والذرة والقمح- تتأثر سلبًا.